地球表层的碳酸盐物质可通过板块俯冲进入深部地幔，改变地幔的物理性质及其局部的氧化还原状态，提高地幔的熔融能力。如何揭示地幔中碳酸盐组分的属性特征，是理解地球深部碳循环的关键。橄榄石斑晶作为幔源岩浆中最早结晶的矿物之一，其组成可以记录地幔源区不同岩性的差异，为示踪地幔中富CO₂的岩性提供了一个新颖的视角。

基于此，“幔游课题组”对中国东部新生代霞石岩中橄榄石斑晶进行了高精度的主痕量元素分析。这些橄榄石斑晶表现出极高的Ca (1108–6575 ppm)、Mn (1595–5065 ppm)含量和低的Fo值(71–85)，明显不同于贫CO₂地幔源区（如：橄榄岩或辉石岩地幔）来源岩浆的橄榄石斑晶（Ca < 3000 ppm, Mn < 2500 ppm）（图1）。由于碳酸盐化榴辉岩源区来源的实验熔体具有高CaO、MnO以及低MgO含量，我们认为橄榄石斑晶的高Ca、Mn和低Fo的特点是继承自碳酸盐化榴辉岩来源熔体。另外，这些霞石岩全岩具有轻的δ²⁶Mg (−0.46‰–−0.37‰)和重的δ⁶⁶Zn (0.40‰–0.56‰)值，进一步强调了其地幔源区中含有再循环碳酸盐组分的贡献。

图1：无锡、大山、方山霞石岩的橄榄石斑晶的化学组成特征。（a）Ca与Fo的相关图；（b）Mn与Fo的相关图。

碳酸盐化榴辉岩来源的初始熔体由于与地幔橄榄岩处于化学不平衡的状态，会在上升过程中与橄榄岩发生熔体-岩石反应，进而产生反应熔体，这种反应熔体与初始熔体以不同比例的混合就解释了橄榄石斑晶中Ca、Mn与Fo明显的负相关现象（图2）。我们的研究表明橄榄石斑晶可以记录深部地幔中碳酸岩化榴辉岩的信号，其中橄榄石斑晶低Fo，高Ca、Mn的含量暗示了地幔源区碳酸盐化榴辉岩组分的参与，突出了橄榄石斑晶在示踪地幔富CO₂岩性中的优势，并为深部碳循环的示踪做出了新的尝试。

图2：中国东部新生代霞石岩及其橄榄石斑晶的成因模式图

相关成果发表在国际期刊《Chemical Geology》上。张慧丽博士生为论文第一作者，曾罡为通讯作者，刘建强、陈立辉、于津海、邬斌、王小均、徐夕生和刘晓文参与了本次研究。该工作得到国家重点研发计划项目(2022YFF0800404)、国家自然科学基金(42322202)、中央高校基本科研基金(0206-14380166、0206-14380114)和教育部关键地球物质循环前沿中心（南京大学）“GeoX”跨学科研究基金(DLTD2105, 2023300291)的资助。

文章信息：Zhang, H.-L., Zeng, G., Liu, J.-Q., Chen, L.-H., Yu, J.-H., Wu, B., Wang, X.-J., Xu, X.-S., Liu, X.-W., 2023. Carbonated eclogitic component beneath eastern China revealed by olivine phenocrysts in nephelinites. Chem. Geol. 640, 121744.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121744